并网光伏系统可以按平均年份来设计。12 月发电不够，电网会把缺口补上，根本没人察觉。离网就没有这张安全网了。设计时要问的不再是“一年能发多少 kWh”，而是“在冬天最黑的那一周，连续第五个阴天到来时会发生什么”。这一步算错了，电池就会耗尽，逆变器跟着停机，一组昂贵的电芯也会开始加速老化。下面是专业设计师遵循的方法（负荷统计、按最差月份选型、电池自持天数、备用方案），里面的数字都可以拿你自己的场地来核对。
第 1 步：实事求是地统计负荷
后面所有的数字，都取决于每天的用电量（以瓦时计）。高估了会白白浪费钱，低估了就得坐在黑暗里。把家里每件电器的功率和每天的使用时长都列出来。
| 电器 | 功率（W） | 小时/天 | Wh/天 |
|---|---|---|---|
| LED 照明（8 盏） | 每盏 6 | 4 | 190 |
| 高效冰箱冷柜（A 级） | – | – | 400–700 |
| 笔记本电脑 + 路由器 + 手机充电 | 60 | 6 | 360 |
| 水泵（增压） | 600 | 0.5 | 300 |
| 洗衣机（冷水洗） | – | 1 次 | 400–600 |
| 电视（LED，43 英寸） | 60 | 3 | 180 |
| 逆变器待机 | 15–40 | 24 | 360–960 |
| 合计 | ≈ 2,200–3,300 |
有两项最容易让人栽跟头。第一项是逆变器自身的空载功耗。一台 3–5 kW 的逆变器全天候可能耗 20–40 W，也就是每天 0.5–1 kWh，可能占一间小屋全部用电的四分之一。尽量选空载功耗低、或者带搜索/节能模式的型号。第二项是制冷：冰箱一天 24 小时都在运行，放在温度高的房间里耗电还会更多。估算时，用能效标签上的年耗电量（kWh）除以 365。
电阻性负载别接进系统：电水壶、电烤箱、吹风机、电热水棒和电暖器。一台 2 kW 的电暖器开六个小时就要 12 kWh，比很多离网家庭两天的用电还多。做饭和取暖用燃气、木柴，或一台仔细选型的热泵。我们的能源单位换算器能帮你把电器额定功率换算成每天的 Wh。
第 2 步：按最差月份确定阵列大小
纬度越高，太阳能资源的季节波动越大。在中欧，一块朝南的组件 6 月收集的能量约是 12 月的 5–8 倍。在赤道附近，这个比值接近 1。全年居住的离网住宅，设计月通常是 12 月（北半球）或 6 月（南半球）。
这比并网系统常见的 0.75–0.85 低，原因有两个：电能要经过电池中转；晴天电池充满后，多余的电就白白浪费了。
倾角大一些对冬季有利。组件倾角设为纬度加 10–20°，12 月发电更多，夏季发电更少，而夏天多出来的电离网系统本来也用不上。我们的太阳能板倾角计算器能给出偏重冬季的最佳角度。欧盟的 PVGIS 工具（JRC）有专门的离网模拟，会报告电池耗空的天数占比。
设计月典型峰值日照时数（倾斜阵列）
| 地区类型 | 最差月份 PSH | 每天 3 kWh 所需阵列（PR 0.6） |
|---|---|---|
| 北欧和中北欧（英国、德国、波兰） | 0.8–1.5 | 3.3–6.3 kWp |
| 南欧（西班牙、意大利、希腊） | 2.5–3.5 | 1.4–2.0 kWp |
| 撒哈拉以南非洲、印度 | 4.0–5.5 | 0.9–1.3 kWp |
| 美国西南部沙漠、澳大利亚 | 4.0–5.5 | 0.9–1.3 kWp |
这些区间仅供参考。实际数值很大程度上取决于当地云量、积雪和地平线遮挡。北欧那一行说明了为什么那里很多离网住宅会在 12 月和 1 月开发电机，而不是把阵列扩大到三倍。
第 3 步：按自持天数确定电池组大小
自持天数是指完全没有光伏输入时，电池能撑住全家用电的天数。它是你应付连续阴天的缓冲。
- **自持天数：**有发电机或气候晴朗的地方 1–2 天；没有备用电源的偏远住宅 3–5 天。
- **可用放电深度（DoD）：**磷酸铁锂 80–95%；铅酸电池想要寿命说得过去，只用 50%。
- **往返效率（η）：**磷酸铁锂 92–96%；铅酸 75–85%。
- **温度系数：**铅酸电池在 0 °C 附近会损失 10–25% 的容量；磷酸铁锂在 0 °C 以下没有加热就无法充电。
在新建离网系统中，磷酸铁锂基本取代了铅酸。按每 kWh 标称容量算，它的初始价格仍然更高，但一辈子能放出的可用电量多得多：深度放电下 3,000–8,000 次循环，而大多数铅酸电池在 50% 放电深度下只有几百到约 1,500 次。按每 kWh 实际放出的电量算，磷酸铁锂通常明显更划算。电池化学的细节见家用储能电池指南。
第 4 步：选择逆变器和充电控制器
**逆变器功率。**把可能同时运行的负载加起来，再留 25–50% 余量。电机类负载要看浪涌功率：井泵、冰箱压缩机和电动工具启动时的电流可能是运行功率的 3–6 倍。现代电子设备和电机需要纯正弦波逆变器。
**系统电压。**电池电压越高，电流和电缆损耗越小。大致参考：逆变器约 1 kW 以下用 12 V，2–3 kW 以下用 24 V，再大用 48 V。3 kW 负载在 12 V 下电流为 250 A，电缆得有拇指那么粗；在 48 V 下约为 63 A。
**充电控制器。**最大功率点跟踪（MPPT）控制器让组件始终工作在输出功率最大的点上，把多余的电压转成充电电流。它还允许用高电压的长串联组串，阵列离电池较远时这一点很重要。控制器的额定电流按“阵列功率 ÷ 电池电压”再加 25% 来选；还要确认组串在低温下的开路电压（25 °C 以下每降 1 °C 约升高 0.3%）低于控制器的最大输入电压。
很多现代“一体机”离网逆变器把逆变器、MPPT 控制器和发电机充电器装在一个箱子里。接线更简单，但也意味着一处故障就会全部停摆。
计算示例：中欧一间全年居住的小屋
捷克的一间小屋，原本周末和假期才住，现在要改成全年居住。负荷统计：选用高效电器和低空载逆变器后，每天 3.5 kWh。设计月为 12 月，60° 倾斜阵列上约有 1.3 个峰值日照时数（这是该地区 PVGIS 类工具给出的合理数值，请按你的具体场地核实）。离网 PR 取 0.6。
| 设计项 | 计算 | 结果 |
|---|---|---|
| 阵列（无发电机） | 3.5 ÷ (1.3 × 0.6) | 4.5 kWp |
| 阵列（12–1 月靠发电机） | 按 2 月选型，PSH ≈ 2.2 | 2.7 kWp → 选 3 kWp |
| 电池（自持 3 天，磷酸铁锂） | 3.5 × 3 ÷ (0.9 × 0.95) | 标称 12.3 kWh |
| 电池（1.5 天，有发电机） | 3.5 × 1.5 ÷ (0.9 × 0.95) | 6.1 kWh → 选 7–10 kWh |
| 逆变器 | 水泵 0.6 kW + 厨房 1.2 kW + 其他 0.5 kW，×1.4 | 3 kW，48 V |
| 发电机 | 充电器 2–3 kW，每年约 150–300 h | 3–4 kVA 汽油或液化石油气 |
“有发电机”的方案成本大约只有一半，发电机每年运行约 150–300 小时，主要集中在 12 月和 1 月。夏天，3 kWp 的阵列发电量是小屋需求的好几倍。除非你加上白天可灵活使用的负载，比如通过泄荷负载加热水，或者给电动自行车充电，否则这些富余电量大多会浪费掉。
用离网光伏计算器算一算你所在的地点，可以看到逐月的盈余和缺口。
发电机备用与混合系统
在北方气候下，要让纯光伏系统 100% 的日子都够用，阵列和电池组会大得离谱。最便宜的设计几乎总会配一个备用电源，负责全年最后 5–15% 的电量：
- 汽油或液化石油气发电机，由逆变器发出自动启动信号。液化石油气可以无限期储存，燃烧也更干净。
- 小型风力发电机：冬季风往往更大，正好和光伏互补。只有在确实多风、开阔的地点才值得装；见我们的家用小型风力发电机指南。
- 微型水电：落差足够的溪流能整个冬天日夜稳定发电，比前两者都强。试试微型水电计算器。
成本与维护
安装成本因国家和你自己动手的程度而差别很大。2024–2026 年欧洲专业安装系统的参考价格：
| 部件 | 参考价格 |
|---|---|
| 光伏组件 + 支架 | 每 kWp 400–900 欧元 |
| MPPT 控制器 / 混合离网逆变器（3–5 kW） | 1,000–3,000 欧元 |
| 磷酸铁锂电池 | 每 kWh 可用容量 300–700 欧元 |
| 电缆、保护、接地、安装 | 硬件费用的 20–40% |
所以一套 3 kWp、10 kWh、3 kW 的系统，一般在 8,000 到 15,000 欧元之间。维护很简单：及时清掉组件上的积雪和落叶，每年检查一次电池端子和保险丝座的紧固扭矩，更新固件，记录荷电状态数据，这样能尽早发现出问题的电芯组。
全球视角
离网光伏远不只是林间小屋的小众玩法。IEA 对 SDG7 的跟踪显示，2020 年代初全球仍有约 7.5 亿人用不上电，大多在撒哈拉以南非洲。IEA 和 IRENA 都认为，户用光伏系统和微电网是让其中很大一部分人用上电的最便宜途径。在我们的国家概况里查看各国的用电普及率和发电情况，或者在能源浏览器里点击任意地点，设计前先查一查当地的太阳能资源。
本主题相关计算器
常见问题
离网需要多少块太阳能板？
离网光伏需要多大的电池？
离网能带热泵或电采暖吗？
离网比接入电网便宜吗？
选 MPPT 还是 PWM 控制器？
离网系统该用多高的电池电压？
资料来源与参考
- NREL — PVWatts Calculator（太阳能资源与发电量建模）
- 欧盟委员会 JRC — PVGIS，含离网光伏性能工具
- IEA — SDG7 Data and Projections: Access to Electricity
- IRENA — Off-grid Renewable Energy Solutions to Expand Electricity Access
- Sandia National Laboratories — Stand-Alone Photovoltaic Systems: A Handbook of Recommended Design Practices (SAND87-7023)
本指南中的数据是根据上述来源整理的典型范围，你的实际数字取决于所在地、价格和设备。需要针对具体场地的估算，请使用文中链接的计算器。